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(组合数学笔记)拆分数各类定义及公式总结
阅读量:417 次
发布时间:2019-03-04

本文共 3977 字,大约阅读时间需要 13 分钟。

一些定义

  • 拆分数:
    设 n , r ∈ Z + , n, r\in\mathbb{Z}^+, n,r∈Z+, 如果正整数 n 1 , n 2 , ⋯   , n r n_1,n_2,\cdots,n_r n1​,n2​,⋯,nr​满足 n = n 1 + n 2 + ⋯ + n r (1) n=n_1+n_2+\cdots+n_r\tag{1} n=n1​+n2​+⋯+nr​(1)则称 ( 1 ) (1) (1)为正整数 n n n的一个 r r r拆分, n k n_k nk​称为拆分的第 k k k个部分。
  • 完备拆分数:
    设 n ∈ Z + , π ( n ) = n 1 , n 2 , ⋯ ∈ Π ( n ) n\in\mathbb{Z}^+, \pi(n)={n_1, n_2, \cdots}\in\Pi(n) n∈Z+,π(n)=n1​,n2​,⋯∈Π(n),如果对于满足 1 ⩽ m < n 1\leqslant m < n 1⩽m<n的任何正整数 m m m,拆分 π ( n ) \pi(n) π(n)中恰有一个子集 { n j 1 , n j 2 , ⋯   } \left\{n_{j1}, n_{j2}, \cdots \right\} { nj1​,nj2​,⋯}是 m m m的一个拆分,即 π ( m ) = { n j 1 , n j 2 , ⋯   } ∈ Π ( m ) \pi(m)=\left\{n_{j1}, n_{j2}, \cdots \right\}\in\Pi(m) π(m)={ nj1​,nj2​,⋯}∈Π(m),则称 π ( n ) \pi(n) π(n)是正整数 n n n的一个完备拆分,记为 π ⟨ n ⟩ \pi\lang n \rang π⟨n⟩,并以 ∣ π ⟨ n ⟩ ∣ |\pi\lang n \rang| ∣π⟨n⟩∣表示完备拆分 π ⟨ n ⟩ \pi\lang n \rang π⟨n⟩的部分数。

符号表示

符号 描述 符号 描述
∏ r ( n ) \prod_r(n) ∏r​(n) n n n的 r r r无序拆分集 ∏ ( n ) \prod(n) ∏(n) n n n的无序拆分集
∏ r [ n ] \prod_r[n] ∏r​[n] n n n的 r r r有序拆分集 ∏ [ n ] \prod[n] ∏[n] n n n的有序拆分集
p r ( n ) p_r(n) pr​(n) n n n的无序 r r r拆分数 p ( n ) p(n) p(n) n n n的无序拆分数
p r [ n ] p_r[n] pr​[n] n n n的有序 r r r拆分数 p [ n ] p[n] p[n] n n n的有序拆分数

约定: p 0 ( 0 ) = p 0 [ 0 ] = 1 ; p 0 ( n ) = p 0 [ n ] = 0 , n ⩾ 1 ; p ( 0 ) = p [ 0 ] = 1 p_0(0)=p_0[0]=1; p_0(n)=p_0[n]=0, n \geqslant1; p(0)=p[0]=1 p0​(0)=p0​[0]=1;p0​(n)=p0​[n]=0,n⩾1;p(0)=p[0]=1
对所有不满足 n ⩾ r ⩾ 1 , n\geqslant r \geqslant 1, n⩾r⩾1, 约定 p r ( n ) = p r [ n ] = 0 p_r(n)=p_r[n]=0 pr​(n)=pr​[n]=0 。

特殊的拆分数

设 n , r ∈ Z + , n, r\in\mathbb{Z}^+, n,r∈Z+, 则 p 1 ( n ) = p n ( n ) = p n − 1 ( n ) = 1 , p 2 ( n ) = ⌊ n 2 ⌋ p_1(n)=p_n(n)=p_{n-1}(n)=1, p_2(n)=\lfloor \frac n2 \rfloor p1​(n)=pn​(n)=pn−1​(n)=1,p2​(n)=⌊2n​⌋ 。

两个递推关系

  1. 设 n , r ∈ Z + , n, r\in\mathbb{Z}^+, n,r∈Z+, 则当 n > r n>r n>r时,有 p r ( n ) = ∑ k = 1 r p k ( n − r ) ; p_r(n)=\sum_{k=1}^r{p_k(n-r)}; pr​(n)=k=1∑r​pk​(n−r);
    另一种表述:设 n , r ∈ Z + , n, r\in\mathbb{Z}^+, n,r∈Z+, 则有 p r ( n + r ) = ∑ k = 1 r p k ( n ) . p_r(n+r)=\sum_{k=1}^r{p_k(n)}. pr​(n+r)=k=1∑r​pk​(n).
  2. 设 n , r ∈ Z + , n, r\in\mathbb{Z}^+, n,r∈Z+, 则 p r ( n ) = ∑ k = 1 ⌊ n r ⌋ p r − 1 ( n − r k + r − 1 ) , n > r ⩾ 2. p_r(n)=\sum_{k=1}^{\lfloor \frac nr\rfloor}{p_{r-1}(n-rk+r-1)}, n>r\geqslant2. pr​(n)=k=1∑⌊rn​⌋​pr−1​(n−rk+r−1),n>r⩾2.

一些定理

  • p ( n ) p(n) p(n)一个宽松上界: p ( n ) < π 6 ( n − 1 ) exp ⁡ ( 2 n 3 π ) p(n)<\frac{\pi}{\sqrt{6(n-1)}}\exp{\left(\sqrt{\frac{2n}{3}}\pi \right)} p(n)<6(n−1) ​π​exp(32n​ ​π)

  • Hardy-Ramanujan Theorem: p ( n ) ∼ 1 4 n 3 exp ⁡ ( 2 n 3 π ) , n → ∞ p(n)\sim\frac{1}{4n\sqrt3}\exp{\left(\sqrt\frac{2n}{3}\pi\right)}, n\rightarrow\infty p(n)∼4n3 ​1​exp(32n​ ​π),n→∞

  • 完备拆分 p ⟨ n ⟩ p\langle n\rangle p⟨n⟩计算公式
    设 n ∈ Z + , n \in\mathbb{Z}^+, n∈Z+, 且 n + 1 = p 1 α 1 p 2 α 2 ⋯ p k α k , n+1=p_1^{\alpha_1}p_2^{\alpha_2}\cdots p_k^{\alpha_k}, n+1=p1α1​​p2α2​​⋯pkαk​​, 其中 p 1 , p 2 , ⋯   , p k , p_1, p_2, \cdots, p_k, p1​,p2​,⋯,pk​, 均为素数,令 m = α 1 + α 2 + ⋯ + α k , m=\alpha_1+\alpha_2+\cdots+\alpha_k, m=α1​+α2​+⋯+αk​, 则 p ⟨ n ⟩ = ∑ t = 1 m ∑ j = 1 t ( − 1 ) t − j ( t j ) ∏ i = 1 k ( j + α i − 1 α i ) p\lang n \rang=\sum_{t=1}^m\sum_{j=1}^{t}(-1)^{t-j}\binom{t}{j}\prod_{i=1}^{k}\binom{j+\alpha_i-1}{\alpha_i} p⟨n⟩=t=1∑m​j=1∑t​(−1)t−j(jt​)i=1∏k​(αi​j+αi​−1​)

  • n n n 的完备拆分 π ⟨ n ⟩ \pi\lang n \rang π⟨n⟩ 的最小部分数 min ⁡ ∣ π ⟨ n ⟩ ∣ \min|\pi\lang n \rang| min∣π⟨n⟩∣
    设 n ∈ Z + , n\in \mathbb{Z}^+, n∈Z+, n + 1 = d 1 d 2 ⋯ d t , n+1=d_1d_2\cdots d_t, n+1=d1​d2​⋯dt​, 其中 d 1 , d 2 , ⋯   , d t d_1, d_2, \cdots ,d_t d1​,d2​,⋯,dt​是大于1的正整数,则当 d 1 , d 2 , ⋯   , d t d_1, d_2, \cdots ,d_t d1​,d2​,⋯,dt​均为素数时,完备拆分 π ⟨ n ⟩ \pi\lang n \rang π⟨n⟩的部分数 ∣ π ⟨ n ⟩ ∣ |\pi\lang n \rang| ∣π⟨n⟩∣取得最小值,即此时有 min ⁡ ∣ π ⟨ n ⟩ ∣ = d 1 + d 2 + ⋯ + d t − t = ∑ i = 1 k α i ( p i − 1 ) . \min|\pi\lang n \rang|=d_1+d_2+\cdots+d_t-t=\sum_{i=1}^{k}\alpha_i(p_i-1). min∣π⟨n⟩∣=d1​+d2​+⋯+dt​−t=i=1∑k​αi​(pi​−1).

  • n n n 的具有最小部分数的完备拆分数 p m i n ⟨ n ⟩ p_{min}\lang n \rang pmin​⟨n⟩
    p m i n ⟨ n ⟩ = ( α 1 + α 2 + ⋯ + α k ) ! α 1 ! α 2 ! ⋯ α k ! p_{min}\lang n \rang=\frac{(\alpha_1+\alpha_2+\cdots+\alpha_k)!}{\alpha_1!\alpha_2!\cdots\alpha_k!} pmin​⟨n⟩=α1​!α2​!⋯αk​!(α1​+α2​+⋯+αk​)!​

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